쌀 속에 구슬을 파묻고 뒤집어서 흔들면 무거운 구슬이 위로 올라온다. 마치 구슬이 중력의 법칙을 무시하듯이…. 사이다에 설탕을 넣으면 기포가 폭발적으로 솟아오른다. 이 속에 숨은 과학적 원리는?
위로 올라가는 구슬
왜 그럴까?!
쌀 속에 구슬을 파묻고 뒤집어서 흔들면 무거운 구슬이 위로 올라온다. 구슬이 중력의 법칙을 무시하는 듯하다. 왜일까?
쌀알 사이에는 빈 공간이 있다. 유리병을 흔들면 이 빈 공간이 줄어들면서 쌀알끼리 밀착된다. 중력에 의해 아래쪽에 있는 쌀알들이 먼저 밀착되고, 쌀알들이 밀착될수록 쌀은 구슬을 위쪽으로 민다. 두가지 종류의 물질이 같은 시간에 같은 공간을 차지할 수는없기 때문이다. 쌀알들이 더 촘촘히 쌓이면 구슬이 차지할 공간이 적어지기 때문에 점차 구슬이 표면 쪽으로 밀려 올라오게 된다. 따라서 더 무거운 구슬이 가벼운 쌀알에 밀려위로 올라오게 되는 것.
위로 올라온 구슬을 다시 뒤집어서 흔들면 마찬가지로 구슬은 표면으로 올라온다. 몇번이고 반복해도 마찬가지 결과가 나타난다. 물이 가득 차있는 욕조에 사람이 들어가면 물이 흘러 넘치는 이유 또한 마찬가지 현상이다. 물과 사람은 쌀알과 구슬처럼 같은 시간에 같은 공간을 차지할 수 없기 때문에, 사람이 차지하는 공간만큼 물은 욕조 밖으로 넘쳐흐르게 된다. 이것을 이용하면 물체의 부피를 알아낼 수 있다.
사이다 속에 설탕을 넣으면?
왜 그럴까?!
컵에 사이다를 따르면 작은 기포가 위로 올라오는 것을 쉽게 확인할 수 있다. 그런데 여기에 설탕을 넣으면 폭발적으로 기포들이 솟아오른다. 그 비밀은 설탕의 표면에 숨어있다.사이다에 녹아있던 이산화탄소 기체가 거친설탕의 표면에 모여 기포를 만들기 쉽도록 도와준다. 그 이유는 설탕의 표면적 때문이다. 설탕 표면의 미세 공간이 표면적을 크게 만들고, 여기에 이산화탄소 기포들이 달라붙어 성장하는 것이다. 이같은 작용을‘표면 촉매현상’이라고 부른다.
위장병 치료제였던 청량음료
초창기의 청량음료는 의사들이 소화불량과 같은 위장병 치료용으로 사용했던 광천수였다. 그런데 양조장 옆집에 살던 영국의 화학자 죠셉 프리스틀리(Joseph Priestly, 1733-1804)가 맥주 거품 속에있는 기체가 이산화탄소라는 것을 발견한다. 그는 석회석에 산을 넣어 이산화탄소를 만들고, 이를 물에 녹여 소다수를 처음으로 만들었다. 여기에 과일향이나 카페인, 인산 등을 첨가해 만든 것이 오늘날의 사이다, 콜라다.
프리스틀리는 목사의 신분이었으나 평생 종교에 대해 사람들과 의견을 달리했고, 정치적으로는 자유주의 사상을 가진 사람이었다. 그는 이산화탄소뿐 아니라 산소를 발견하는 큰 업적을 이뤄 국제적으로 유명해졌으나 자유주의 정치사상과 과격한 종교관으로 인해 보수적인 영국 사회에서는 별로 인기가 없었다. 심지어 프랑스 혁명과 미국 혁명을 찬양했다는 이유로 화가 난 군중들이 그의 집을 불태운 적도 있었다.
결국 프리스틀리는 영국을 떠나 새로 독립한 미국으로 갔으며, 그곳에서 따뜻하게 환영받았고 합리주의자라는 칭송을 들으며 여생을 편안하게 지낼 수 있었다.
